لينك التسجيل الصوتي للمقالة علي ساوند كلاود:
https://soundcloud.com/user-112011687-312727988/unlfxzhfq9l3?si=e2860cdf46aa458b9d33b6280530bea1&utm_source=clipboard&utm_medium=text&utm_campaign=social_sharing
موضوعنا النهاردة هو الإسطوانة اللي قدامك في الصورة دي .. الإسطوانه المحطوطة جوه إتنين أغطيه من الزجاج .. الإسطوانة دي مصنوعة من سبيكة و كلمة سبيكة يعني مجموعة معادن مختلفين إتسيحوا مع بعض و إتسابوا يبردوا لحد ما كونوا الشكل الإسطواني اللي قدامك و المعدنين اللي الإسطوانة دي مصنوعة منهم هما البلاتينيوم و الأيريديوم .. المميز في الإسطوانة دي إن كتلتها واحد كيلوجرام بالضبط و دي هي الStandard اللي بيتقاس عليه الكيلوجرام .. مهم تفهم إن من قبل سنة 1889 و دي السنة اللي السبيكة دي إتعملت فيه مكنش لسه إخترعوا الكيلوجرام .. الإسطوانه دي هي المعيار اللي البشر كلهم بيقيسوا عليه الكتلة و العلماء بيسموا الإسطوانة دي Le grand K أو الكيلو الكبير و هي حالياً موجودة في مركز القياسات الدولي Bureau International des Poids et Mesures و إختصاراً بيسموه BIPM في العاصمة الفرنسية باريس.
علي الناحية الثانية فيه معهد تاني إسمه المعهد القومي للتكنولوجيا والمعايير National Institute of Standards and Technology و إختصاراً بيسموه NIST موجود في أميركا و المعهد ده جواه قسم إسمه قسم مقاييس الكم Quantum Measurements بيرأسه واحد إسمه (جون برات Jon Pratt) .. الرجل ده شغلته إنه يراقب عمليات القياسات و الأوزان في أميركا و الرجل ده شايف إن أن الأوان إننا نبطل نستخدم الكيلوجرام الكبير أو Le grand K كStandard إننا نحدد إيه هي قيمة الكيلوجرام الواحد .. الرجل ده بمنتهي البساطة عايزك بدل ما تعرف الكيلوجرام بإنه 1000 جرام و إنه وحدة قياس الكتلة فهو عايز يقيس الكتلة بإستخدام ثابت تاني خالص .. الرجل ده عايز زي ما إحنا عندنا رقم ثابت لسرعة الصوت و رقم ثابت لسرعة الضوء و رقم ثابت لقيمة الشحنة الأليكترونية للبروتون فهو عايز الكتلة كمان يبقي ليها رقم ثابت لا يتغير خالص مهما إتغير الضغط الجوي أو إتغير إرتفاعك من سطح البحر أو إتغيرت درجات الحرارة .. هنا فيه سؤالين حنحاول نتكلم فيهم في المقالة دي:
- هي إيه مشكلة الكيلوجرام الكبير Le grand K و ليه الأخ (جون برات) مش عايزه يبقي الStandard اللي بيتقاس عليه تعريف الكيلوجرام؟
- إيه هو الثابت اللي مش بيتغير اللي الأخ (جون برات) و الفريق بتاعه فيه NIST بيقترحوه إنه يبقي بديل لقياس الكتلة؟
خلينا نبدأ بالسؤال الأول اللي هو إيه هي مشكلة الكيلوجرام الكبير Le grand K ؟ .. المشكلة بمنتهي البساطة هي إنه قيمة كتلته بتقل .. دي حقيقة .. العلماء بتوع BIPM متؤكدين إنك لو حطيت الإسطوانة دي علي ميزان حساس دلوقتي فقراءة الميزان مش حتدي 1000 جرام بالضبط إنما حتدي قراءة أقل بفارق طفيف أوي .. 45 مايكروجرام بالضبط عشان الدقة يعني 45*10^-6 جرام و ده تقريباً نفس كتلة رمش العين .. لحد دلوقتي محدش عارف السبب ليه كتلة الكيلوجرام الكبير قلت بعد العمر ده كله رغم إن خلينا صرحاء مع بعض ده تغيير قليل أوي أوي .. طبعاً إنت دلوقتي مستغرب و ده منطقي جداً .. إيه اللي يخليني أغير مبدأ من مباديء الفيزياء و أغير كتب دراسية و أغير العلم كله لمجرد إن فيه إسطوانة محطوطة في متحف كتلتها قلت بعد 128 سنة من صناعتها بمقدر كتلة رمش العين؟
عندك شركة زي فورد Ford الأميريكية اللي بتصنع عربيات .. الشركه دي بتصنع فلاتر بنزين للعربيات بتاعتها و المفروض إن الفلاتر دي بتنقي الشوائب من البنزين و الشوائب دي صغيرة جداً لدرجة إن كتلتها بالمايكروجرام .. فلما تيجي شركة زي Ford تقدم علي شهادة بإن القياسات بتاعة الفلاتر دي مطابقة للقياسات بتاعة NIST يقوم NIST بعد ما يديهم الشهادات يقولهم معلش إحنا لازم نرجع نقيس تاني و نعمل شهادات جديدة لإننا إكتشفنا إن الStandard اللي إحنا قايسين عليه و بنقارن شغلكوا عليه طلع فيه مشكلة فلازم نعاير القياسات بتاعتكوا من الأول .. مش كده و بس .. أنتوا حتدفعوا ثمن إعادة الإختبارات لإن المشكلة مش مشكلة NIST .. و علي فكرة الموقف ده حصل فعلياً و مش بهزر و مش ببالغ .. فشركة Ford زيها زي شركات أميريكية كتير زعلوا جداً و رفعوا قضايا علي NIST لحد ما إتشرحلهم إن المشكلة كلها إن الStandard الأصلي للكيلوجرام و اللي زي ما قلتلك مقره في معهد BIPM هو اللي مبقاش ينفع يبقي Standard لقياس الكتلة.
نيجي بقي للسؤال الثاني: طب لو الLe grand K مش نافع إيه هو البديل؟
بداية من 2014 لما إتعمل المؤتمر السنوي للقياسات و الأوزان الكمية العامة Quadrennial General Conference on Weights and Measures .. عارف إنه عنوان ميتفهمش و تلاقيك بتسأل مين الدحيحة اللي بيحضروا مؤتمر زي ده بس مش مهم دلوقتي .. المهم إنهم قالوا طب إيه رأيكوا نغير تعريف الكيلوجرام بحيث يبقي له علاقة بحاجة إسمها ثابت بلانك Planck’s Constant و ده إتسمي علي إسم عالم فيزياء الكم (ماكس بلانك Max Planck) .. هم قالوا طب ما نقيس إيه هو ثابت بلانك و بعد ما نقيسه و ده حيبقي رقم ثابت مبيتغيرش مهما إتغيرت الظروف زيه زي سرعة الضوء فإنت بعد كده تقدر تستخدمه كStandard لقياس الكتلة .. المشكلة إننا مكناش عارفين نحسب ثابت بلانك ده إزاي.
الفريق بتاع (جون برات) في NIST عشان يعرفوا يحسبوا قيمة ثابت بلانك بيستخدموا حاجة إسمها ميزان كيبل Kibble Balance .. أي ميزان فكرته إنك بتجيب الحاجة اللي إنت عايز تعرف كتلتها في كفة و في الكفة الثانية بتحط تُقل إنت عارف كتلته و بتشوف إمتي كفتي الميزان بيتساووا و بكده إنت تعرف كتلة الحاجة اللي إنت بتقيسها .. الفرق إن ميزان كيبل أو Kibble Balance مش بيستخدم أوزان إنما بيستخدم الخاصية الكهرومغناطيسية .. هو بيجيب سلك ملفوف علي شكل ملف و بيمشي فيه تيار كهربي و بيبدأ يشد السلك ده بقوة معينة و التيار الكهربي ده بيولد مجال مغناطيسي و المجال المغناطيسي ده بينتج عنه قوة دافعة مغناطيسية هي اللي بستخدموها عشان تعادل كفة الميزان .. دلوقتي إنت بمعلومية فرق الجهد Voltage و شدة التيار Current و بمعلومية السرعة اللي إتشد بيها السلك Velocity تقدر تحدد قيمة ثابت بلانك .. يوم 30 يونيو 2016 فريق NIST قدر إنه يحسب قيمة ثابت بلانك بعد 16 شهر من الشغل و في الأخر طلعت قيمته 6.626069934×10^-3 Kg.m^2/s
فكك من الرقم .. أنا عارف إنك لو درست فيزياء و رياضة فإنت لاحظت إنه رقم صغير أوي و لو إنت مستغرب الرقم و مش متخيله أوي فبرده مش مهم متحاولش تركز فيه أوي .. المهم في الموضوع هي نسبة الخطأ و Uncertainty معدتش 13 جزء من المليار و ده معناه إن رقم ثابت بلانك اللي فريق NIST حسبه نسبة الخطأ بينه و بين الرقم الحقيقي متعديش 0.0000013% .. السؤال دلوقتي هي ده كفاية؟ يعني إحنا حسبنا ثابت بلانك الحمد لله فهل خلاص كده نقدر نلغي الكيلوجرام كوحدة قياس للكتلة بكره الصبح؟
الجهة المسئولة عن موضوع إنك تلغي الكيلوجرام كوحدة قياس للكتلة و تحط بدالها أي وحدة قياس تانية إسمها اللجنة الدولية للقياسات و الأوزان International Committee for Weights and Measures و هي أعلنت إنها مش حتفكر إنها تلغي الكيلوجرام أو علي الأقل إنها تغير تعريفه بحيث إنه ميبقاش مربوط بكتلة الLe grand K و يبقي مربوط بثابت بلانك إلا تحت شرطين:
- يجيلها 3 قياسات مختلفة ب3 أرقام لثابت بلانك و الثلاثة نسبة الخطأ فيهم تبقي أقل من 50 جزء من المليار.
- يجيلها قياس واحد لثابت بلانك نسبة الخطأ بتاعته أقل من 20 جزء من المليار.
الوضع دلوقتي إن فيه علي الأقل 3 قراءات لثابت بلانك كل واحدة فيها نسبة الخطأ أقل من 20 جزء من المليار منهم واحدة بتاعة الفريق من NIST .. الثانية عملها فريق كندي بإستخدام ميزان كيبل Kibble Balance برده .. الثالثة كانت لفريق عالمي حسبوا قيمة ثابت بلانك بناء علي عدد الذرات في كرة من السليكون النقي .. المفروض إن اللجنة الدولية للقياسات و الأوزان International Committee for Weights and Measures حتجتمع في يوليو 2018 عشان يجيبوا ال3 قراءات دول ياخدوا المتوسط منهم و ده يبقي الرقم الرسمي لثابت بلانك .. بعد كده إن شاء الله في 2018 حيبدأوا يعملوا أول مسودة لخطة إستبدال تعريف الكيلوجرام بحيث بعد كده يبقي مبني علي ثابت بلانك .. يعني أعملوا حسابكوا إن بداية من 2018 فيه تغيير جذري في المناهج التعليمية علي مستوي العالم حيتم بس طبعاً عشان ده يسمع عندنا ولا علي 2060.
